專利名稱：一種用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于 電子通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接 收電路，主要用于衛(wèi)星通信接收機(jī)完成對星和數(shù)據(jù)接收兩大功能。
背景技術(shù)：
在安裝衛(wèi)星通信設(shè)備時(shí)，技術(shù)人員首先需要對星。所謂對星，就是讓通信設(shè)備 的天線與衛(wèi)星對準(zhǔn)，以確保通信設(shè)備能夠接收到最大的衛(wèi)星信號功率。在對星時(shí)，無法 用肉眼判斷是否對準(zhǔn)，往往需要電子設(shè)備進(jìn)行輔助判斷。在通常情況下，技術(shù)人員通過 接收衛(wèi)星的信標(biāo)信號，在頻譜儀或功率計(jì)上進(jìn)行功率測量，通過轉(zhuǎn)動(dòng)天線，直到頻譜儀 或功率計(jì)上顯示接收到的信標(biāo)信號功率最大時(shí)，即可完成對星。但在某些時(shí)候，技術(shù)人 員往往需要在野外架設(shè)衛(wèi)星通信設(shè)備，如果攜帶笨重的頻譜儀或功率計(jì)就會(huì)顯得非常麻 煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，主要用于衛(wèi)星通 信接收機(jī)完成對星和數(shù)據(jù)接收兩大功能。本發(fā)明在接收機(jī)中引入了檢波器，可將信標(biāo)信 號轉(zhuǎn)換為直流輸出，這樣，技術(shù)人員只需要使用萬用表就能夠判斷接收到的信標(biāo)信號的 功率大小，方便技術(shù)人員在野外快捷的完成對星工作；另外，當(dāng)對星完成以后，還可以 利用此電路來接收數(shù)據(jù)信號。本發(fā)明的原理是首先接收4193MHz衛(wèi)星信標(biāo)信號，通過將信標(biāo)信號進(jìn)行對數(shù)檢 波輸出直流電壓，利用萬用表觀察電壓幅度變化大小來找到最佳的對星位置；當(dāng)對星完 成后，通過改變本振信號，接收4685.5MHz 5467.5MHz數(shù)據(jù)信號，將數(shù)據(jù)信號同樣經(jīng) 過兩次變頻后輸出再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明的詳細(xì)技術(shù)方案為一種用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，如圖1所示，包括一個(gè)信號 接收鏈路和一個(gè)信號輸出電路；其中所述信號接收鏈路包括兩個(gè)混頻器、兩個(gè)放大器、 一個(gè)帶通濾波器、一個(gè)低通濾波器、一個(gè)數(shù)控衰減器和一個(gè)溫補(bǔ)衰減器，所述信號輸出 電路包括一個(gè)耦合器、一個(gè)晶體帶通濾波器和一個(gè)對數(shù)檢波器。衛(wèi)星信標(biāo)信號或數(shù)據(jù)信 號經(jīng)第一混頻器下變頻得到第一中頻信號；第一中頻信號依次經(jīng)過帶通濾波器濾波、第 一放大器放大、數(shù)控衰減器對接收鏈路進(jìn)行增益調(diào)整和溫補(bǔ)衰減器對增益進(jìn)行溫度補(bǔ)償 后，經(jīng)第二混頻器下變頻得到第二中頻信號；第二中頻信號依次經(jīng)低通濾波器濾波和第 二放大器放大后得到接收鏈路的輸出信號。接收鏈路的輸出信號經(jīng)信號輸出電路中耦合 器的直通輸出端輸出一路信號用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的后續(xù)電路進(jìn)行處理；同時(shí)，接收鏈 路的輸出信號經(jīng)信號輸出電路中耦合器的耦合端輸出另一路信號，經(jīng)晶體帶通濾波器濾 波后由對數(shù)檢波器轉(zhuǎn)換成直流電壓信號。本發(fā)明采用兩次變頻結(jié)構(gòu)，在接收信標(biāo)信號時(shí)，如圖2所示，頻率為4193MHz的衛(wèi)星信標(biāo)信號和頻率為5247.3MHz的第一本振信號經(jīng)第一混頻器下變頻后，輸出頻率 為1054.3MHz的第一中頻信號；第一中頻信號經(jīng)過一個(gè)中心頻率為1042.5MHz、帶寬不 低于36MHz的帶通濾波器濾除雜波，然后經(jīng)數(shù)控衰減器和溫補(bǔ)衰減器控制接收鏈路的增 益變化；經(jīng)帶通濾波、數(shù)控衰減和溫補(bǔ)衰減后的第一中頻信號與頻率為1065MHz的第 二本振信號通過第二混頻器下變頻得到頻率為10.7MHz的第二中頻信號；第二中頻信號 經(jīng)一個(gè)截止頻率為90MHz的低通濾波器濾波后通過第二放大器放大后輸入到耦合器；耦 合器耦合輸出的一部分能量通過一個(gè)中心頻率為10.7MHz、通帶為15KHz的晶體帶通濾 波器濾波后經(jīng)對數(shù)檢波器轉(zhuǎn)換成直流電壓信號。使用萬用表來檢測該直流電壓信號的大 小，以此來找到最佳的對星位置。當(dāng)對星完成后，再利用本發(fā)明來接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號，如圖3所示，通過改變兩 個(gè)混頻器的本振信號來接收頻率為4685.5MHz 5467.5MHz的衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號；第一本振 信號頻率變?yōu)?643MHz 4425MHz，通過第一混頻器下變頻得到頻率為1042.5MHz的 第一中頻信號，然后同樣將信號放大后通過數(shù)控衰減器和溫補(bǔ)衰減器控制增益變化；第 二本振信號頻率變?yōu)?112.5MHz，通過第二混頻器下變頻得到頻率為70MHz第二中頻信 號；第二中頻信號經(jīng)第二放大器放大后，通過耦合器的直通端輸出。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1)有良好的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。為了提高檢波的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，就需減少其它無用信號進(jìn)入到檢波器，我 們在對數(shù)檢波器的射頻輸入端接了一個(gè)中心頻率為10.7MHz，通帶為15KHZ的晶體帶通 濾波器。這樣只需要將衛(wèi)星信標(biāo)信號下變頻到晶體帶通濾波器的通帶內(nèi)，就可利用晶體 濾波器極窄的通帶濾除無用的干擾噪聲和雜波，減小帶內(nèi)噪聲。選擇晶體濾波器是因?yàn)?與傳統(tǒng)的LC諧振回路濾波器相比，在低頻段，晶體濾波器在頻率選擇性、頻率穩(wěn)定性、 過渡帶陡度、插入損耗和體積等方面都優(yōu)越得多。2)各種雜波干擾較小。因?yàn)閷?shù)檢波器具有靈敏度高和帶寬寬的特點(diǎn)，使得對數(shù)檢波器的很容易受到 各種雜波和噪聲干擾。所以，在第二混頻器后面用了截止頻率為90MHz的低通濾波器， 保證10.7MHz信標(biāo)信號和70MHz士 18MHz衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號通過的同時(shí)，濾除掉了第二本振 信號(1065MHz或者1042.5MHz)，以及中頻信號經(jīng)過兩級放大后產(chǎn)生的二次諧波及因此 而抬升的各種噪聲。3)攜帶方便，利于室外測量。在通常情況下，技術(shù)人員通過在頻譜儀或功率計(jì)上觀察接收到的衛(wèi)星信標(biāo)信號 功率大小來完成對星工作，但在實(shí)際工作中，技術(shù)人員往往需要在野外架設(shè)衛(wèi)星通信設(shè) 備，如果攜帶笨重的頻譜儀或功率計(jì)就會(huì)顯得非常麻煩。本發(fā)明利用檢波器直接信標(biāo)信 號轉(zhuǎn)換為直流電壓，這樣，技術(shù)人員只需要使用萬用表就能夠判斷接收到的信標(biāo)信號的 功率大小，方便技術(shù)人員在野外快捷的完成對星工作。


圖1是本發(fā)明提供的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明提供的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路接收衛(wèi)星信標(biāo) 信號時(shí)的原理框圖。圖3是本發(fā)明提供的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路接收衛(wèi)星數(shù)據(jù) 信號時(shí)的原理框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用兩次變頻結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行對星時(shí)，頻率為4193MHz的信標(biāo)信號通過兩 次下變頻后輸出10.7MHz的中頻信號。對星完成后，通過改變兩級本振信號，接收頻率 3643MHz 4425MHz的數(shù)據(jù)信號。本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。本發(fā)明中兩個(gè)混頻器都采用硅基雙極有源雙平衡混頻器，內(nèi)部集成了本振放大器和中 頻放大器；工作頻段為0.1 5GHz，中頻輸出為DC 1GHz，本振所需典型功率 為-5dBm。單電源5V供電，表貼小封裝，非常適合于系統(tǒng)小型化設(shè)計(jì)。在第一級下變 頻中第一混頻器提供的變頻增益為OdB，在第二級下變頻中第二混頻器提供的變頻增益 約為8dB。第一混頻器后接入一帶通濾波器，目的是為了濾除混頻后由于混頻器LO/IF隔 離度不好而泄露的高本振信號，同時(shí)還要濾除本振和射頻信號的各種低階組合頻率分 量。此濾波器中心頻率&為1042.5MHz，插損小于3dB，帶寬大于36MHz，帶外抑制大 于 50dBc@f。士 70MHz。第二混頻器后接入一截止頻率為90MHz低通濾波器，保證10.7MHz信標(biāo)信號 和70MHz士 18MHz衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號通過的同時(shí)，濾除掉了第二本振信號(1065MHz或者 1042.5MHz)，以及中頻信號經(jīng)過兩級放大后產(chǎn)生的二次諧波及因此而抬升的各種噪聲。兩個(gè)放大器中，第一放大器的增益為25dB，第二放大器的增益為45dB;其中第 二放大器采用串聯(lián)的兩級放大結(jié)構(gòu)，前一級放大增益為20dB，后一級放大增益為25dB。在檢波器之前接入一中心頻率為10.7MHz，通帶為15KHz的晶體帶通濾波器， 這種極窄通帶可以濾除無用的干擾噪聲和雜波，減小帶內(nèi)噪聲，以達(dá)到進(jìn)一步減少無用 信號進(jìn)入檢波器的目的，從而提高檢波的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。數(shù)控衰減器主要起到調(diào)節(jié)增益范圍的作用，在長時(shí)間雨雪天氣中天線接收信號 非常弱，可以通過調(diào)節(jié)衰減器來改變信號接收鏈路的增益以保證足夠的輸出功率。在此 選用增益變化范圍在G = _2 -33dB，擁有31dB的可變增益范圍的Hittite公司生產(chǎn)的 6位數(shù)控衰減器-HMC472LP4。該數(shù)控衰減器工作頻率范圍是DC 3.0GHz，在設(shè)置成 無衰減狀態(tài)時(shí)插損小于2dB，典型衰減準(zhǔn)確度為士0.25dB。衰減控制位上的衰減值分別 是0.5dB(LSB)、ldB、2dB、4dB、8dB和16dB，總的衰減量是31.5dB，所有的衰減控制 位都適用于TTL/CMOS電平控制。當(dāng)衰減控制位為高電平時(shí)，則該位無效，及無衰減； 當(dāng)該衰減控制位為低電平時(shí)，該位有效，即有衰減。通過6個(gè)衰減控制的電平組合來完 成所需的衰減量。在信號接收鏈路中由于要求的衰減步進(jìn)是ldB，精確度要求士0.2dB， 所以，通過在其輸入和輸出口加一定衰減量的η型電阻衰減器可以改善駐波，同時(shí)，其 性能同樣受到控制電壓的影響，在監(jiān)控板上FPGA的控制電壓是3V時(shí)，測試發(fā)現(xiàn)其步進(jìn) 的精確度較差，在將控制端的電壓改成5V后，步進(jìn)的精確度得到很大改善。
由于隨著環(huán)境溫度的升高，放大器的增益會(huì)下降。為了避免這種情況，本發(fā)明中加入了溫補(bǔ)衰減器，在常溫時(shí)衰減一定量的數(shù)值，根據(jù)型號的不同，衰減量也不同。 隨著環(huán)境溫度的升高，其衰減量會(huì)按照一定的斜率而線性變小，從而可以對系統(tǒng)中放大 器由于溫度升高而造成增益下降進(jìn)行補(bǔ)償。這里選擇了深圳市yantel公司生產(chǎn)的6N9系 列的溫補(bǔ)衰減器來補(bǔ)償接收鏈路的增益。該衰減器在常溫下(25°C )的DC 3GHz的 衰減量是6dB，最大承載功率達(dá)2W，輸入輸出均為50歐姆匹配，工作溫度范圍_55°C +150°C。除了接收下變頻模塊提供的31dB的可變增益范圍，放大器提供了大于47dB的 增益，帶通濾波器后面的放大器提供了 25dB的放大增益，低通濾波器后的兩級放大器分 別提供了 20dB和25dB的增益，這是為了滿足整個(gè)電路中接收鏈路的增益(大于45dB) 要求。檢波器，是一種檢出波動(dòng)信號中某種有用信息的裝置。用于識別波、振蕩或信 號存在或變化的器件。檢波器通常用來提取所攜帶的信息。利用檢波器的這種功能， 可以設(shè)計(jì)出一種接收檢波電路。接收檢波電路是通過檢測接收的衛(wèi)星信標(biāo)信號功率的大 小，來判斷對準(zhǔn)衛(wèi)星的好壞程度。本發(fā)明選用的對數(shù)檢波器是AD公司生產(chǎn)的業(yè)界首款 射頻功率對數(shù)檢波器AD8318，通過AD8318實(shí)現(xiàn)對信標(biāo)信號(4193MHz)下變頻輸出的中 頻信號的功率檢波。AD8318是基于AD公司SiGe生產(chǎn)技術(shù)的單片檢波器，相比傳統(tǒng)的 分立二極管檢波器有更高的精確度和更寬的動(dòng)態(tài)范圍。通過對本發(fā)明進(jìn)行測試，將本振頻率都調(diào)整到對星時(shí)的頻率點(diǎn)，在沒有輸入信 號的情況下，測得AD8318的輸出電壓是3.65V(理想為4.2V)；在輸入_85dBm(受信號 源最低電平的限制，_85dBm是可以輸入的最小功率)的信標(biāo)功率時(shí)，輸出接收機(jī)檢波輸 出電壓是2.905V;在輸入功率為_45dBm時(shí)，輸出電壓是1.125V。可見該接收機(jī)檢波動(dòng) 態(tài)范圍優(yōu)于40dB，靈敏度優(yōu)于_85dBm。在外場對星實(shí)驗(yàn)中，該對星功能得到很好的驗(yàn) 證，收到良好的效果。
權(quán)利要求
1.一種用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，包括一個(gè)信號接收鏈路和一個(gè) 信號輸出電路；其中所述信號接收鏈路包括兩個(gè)混頻器、兩個(gè)放大器、一個(gè)帶通濾波 器、一個(gè)低通濾波器、一個(gè)數(shù)控衰減器和一個(gè)溫補(bǔ)衰減器，所述信號輸出電路包括一個(gè) 耦合器、一個(gè)晶體帶通濾波器和一個(gè)對數(shù)檢波器；衛(wèi)星信標(biāo)信號或數(shù)據(jù)信號經(jīng)第一混頻器下變頻得到第一中頻信號；第一中頻信號依 次經(jīng)過帶通濾波器濾波、第一放大器放大、數(shù)控衰減器對接收鏈路進(jìn)行增益調(diào)整和溫補(bǔ) 衰減器對增益進(jìn)行溫度補(bǔ)償后，經(jīng)第二混頻器下變頻得到第二中頻信號；第二中頻信號 依次經(jīng)低通濾波器濾波和第二放大器放大后得到接收鏈路的輸出信號；接收鏈路的輸出信號經(jīng)信號輸出電路中耦合器的直通輸出端輸出一路信號用于衛(wèi)星 通信接收機(jī)的后續(xù)電路進(jìn)行處理；同時(shí)，接收鏈路的輸出信號經(jīng)信號輸出電路中耦合 器的耦合端輸出另一路信號，經(jīng)晶體帶通濾波器濾波后由對數(shù)檢波器轉(zhuǎn)換成直流電壓信 號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述兩個(gè)混頻器為硅基雙極有源雙平衡混頻器，內(nèi)部集成了本振放大器和中頻放大器； 工作頻段為0.1 5GHz，中頻輸出為DC 1GHz，本振所需典型功率為_5dBm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述帶通濾波器中心頻率f。為1042.5MHz，插損小于3dB，帶寬大于36MHz，帶外抑制 大于 50dBc@f。士 70MHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述低通濾波器為截止頻率為90MHz的低通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述兩個(gè)放大器中，第一放大器的增益為25dB，第二放大器的增益為45dB;其中第二放 大器采用串聯(lián)的兩級放大結(jié)構(gòu)，前一級放大增益為20dB，后一級放大增益為25dB。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述晶體帶通濾波器中心頻率為10.7MHz，通帶為15KHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述數(shù)控衰減器為Hittite公司生產(chǎn)的6位數(shù)控衰減器-HMC472LP4 ；所述溫補(bǔ)衰減器為 深圳市yantel公司生產(chǎn)的6N9系列的溫補(bǔ)衰減器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述對數(shù)檢波器是AD公司生產(chǎn)的射頻功率對數(shù)檢波器AD8318。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 當(dāng)整個(gè)接收電路用于對星時(shí)，衛(wèi)星信標(biāo)信號的頻率為4193MHz，第一本振信號的頻率為 5247.3MHz,第一中頻信號頻率為1054.3MHz，第二本振信號的頻率為1065MHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在 于，當(dāng)整個(gè)接收電路用于接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號時(shí)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號的頻率為4685.5MHz 5467.5MHz,第一本振信號的頻率為3643MHz 4425MHz，第一中頻信號頻率為 1042.5MHz,第二本振信號的頻率為1112.5MHz，第二中頻信號頻率為70MHz。
全文摘要
一種用于衛(wèi)星通信接收機(jī)的對星及數(shù)據(jù)接收電路，屬于電子通信技術(shù)領(lǐng)域。衛(wèi)星信標(biāo)信號或數(shù)據(jù)信號經(jīng)第一混頻器下變頻得到第一中頻信號；第一中頻信號依次經(jīng)帶通濾波器、第一放大器、數(shù)控衰減器和溫補(bǔ)衰減器，經(jīng)第二混頻器下變頻得到第二中頻信號；第二中頻信號依次經(jīng)低通濾波器和第二放大器后，通過耦合器的直通輸出端輸出一路信號用于后續(xù)處理，通過耦合端輸出的另一路信號經(jīng)晶體帶通濾波器濾波后由對數(shù)檢波器轉(zhuǎn)換成直流電壓信號。本發(fā)明在接收機(jī)中引入了檢波器，將信標(biāo)信號轉(zhuǎn)換為便于測量的直流電壓，便于在野外完成對星工作；當(dāng)對星完成以后，還可以利用此電路來接收數(shù)據(jù)信號。本發(fā)明局具有良好的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍、各種雜波干擾較小、攜帶方便的特點(diǎn)。
文檔編號H04B1/16GK102013897SQ20101057495
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者于實(shí), 劉輝, 張志喜, 楊濤, 楊自強(qiáng), 黃海 申請人:電子科技大學(xué)